一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭；步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯；步骤三：将所得板坯在温度950℃～1050℃下加热2～4小时，换向轧制成12～15mm厚的板坯；步骤四：将步骤三所得板坯剪切，水淬；步骤五：将板坯再加热到880～950℃，换向轧制至3.5～4.0mm；步骤六：钢板包覆轧制，得到1～1.5mm半成品板材；步骤七：将半成品板材在800～840℃进行热处理，碱酸洗扒道；步骤八：分步冷轧至0.6～0.8mm；步骤九：在800～840℃热处理，矫正处理，得到高强高塑性的成品TC4钛合金薄板。性的成品TC4钛合金薄板。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金加工
，尤其涉及一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金因其具有强的耐腐蚀性能、比强度高、稳定性能好、密度小等优势已被广泛应用，伴随着我国科学技术的快速进步，钛合金材料在我国高端产品中的需求日益增加，且其应用领域逐渐由航空航天与国防军工领域逐渐向民用领域发展，在汽车工业、医疗生物等领域的应用逐渐增多。TC4钛合金材料的组成为Ti
‑
6Al
‑
4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能，是应用最广泛的钛合金。但在TC4钛合金成型工艺中，TC4钛合金因热导率小和导热性能差等原因，在轧制过程中会形成较强的变形织构，织构的存在表现出强烈的各向异性，导致其轧制件出现塑性降低、变形不均、边部开裂以及表面裂纹等问题，极大地限制了TC4钛合金的发展和应用。
[0003]专利申请CN108994077A公开了一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，属于塑性成形领域。该专利技术通过多次换向轧制与热处理相结合的方法，一方面减轻或削弱TC4钛合金板材的各向异性，提高组织性能均匀性，获得高品质TC4钛合金板材；另一方面缩短工艺流程、降低能耗、降低制造成本，最终获得高品质、低成本的TC4钛合金板材，以扩大TC4钛合金板材的应用领域。专利申请CN106399886A公开了一种TC4细晶钛合金薄板及其制备方法，该TC4细晶钛合金薄板厚度为0.3～3mm，晶粒尺寸为2～5μm，室温力学性能：屈服强度为955～995MPa、抗拉强度为1020～1050MPa、断后延伸率为15～19％。通过制备原始板坯、板坯热处理、包覆叠轧、薄板热处理、薄板表面处理制备而得，该制备方法对初始坯料显微组织要求不高且流程简单，其获得的薄板组织均匀细小、力学性能质量高，且材料的收得率高、生产成本可控，具有很高的实用价值。上述两个专利技术主要是采用本领域通用的处理手段，增加处理道次的方式以期提高产品质量，但生产成本相对较高，产品稳定性不够；且所制备的钛合金板强度和塑性较低，难以满意生产应用的需要。
[0004]因此，如何低成本、高效率地获得具有高强高塑性、尺寸稳定、精度高的钛合金薄板，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具有高强高塑性的钛合金薄板的制备方法，该方法通过合理选择和配置各处理环节，低成本、高效率地获得具有高强高塑性、尺寸稳定、精度高的钛合金薄板。
[0006]具体的，本专利技术提供了一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度1800～2200℃，时间5～8小时；
[0008]步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，锻造温度1150～1200℃，总加热时间6～8小时，终锻温度不低于850℃；
[0009]步骤三：将所得板坯在温度950℃～1050℃下加热2～4小时，换向轧制成12～15mm厚的板坯；
[0010]步骤四：将步骤三所得板坯剪切，在温度1040
±
20℃下加热20～30分钟，水淬；
[0011]步骤五：将板坯再加热到880～950℃，换向轧制至3.5～4.0mm；
[0012]步骤六：钢板包覆轧制，得到1～1.5mm半成品板材；
[0013]步骤七：将半成品板材在800～840℃进行热处理，碱酸洗扒道；
[0014]步骤八：分步冷轧至0.6～0.8mm；
[0015]步骤九：在800～840℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板。
[0016]本专利技术以海绵钛为钛源，根据原料总重确定熔炼条件，优选2
‑
3次熔炼，时间5～6小时。步骤二中，总加热时间6～8小时，包括升温和保温时间。步骤三中，加热时间包括升温和保温时间，优选总时间为3小时，总变形量在80％以上。步骤七和步骤九中的热处理时间优选2～4小时，根据待处理板材的具体尺寸合理调整。
[0017]换向轧制能够改变材料微观受力状态，使晶粒并非只朝着某个固定的方向扭转，使得变形带区域位错密度大、储存能高，为成核提供了充足的驱动力，促进细小等轴α晶粒的产生。换向轧制退火能够促进织构组分的重组，更容易发生再结晶，消除带状组织。并且能够有效降低棱锥型织构的强度，改善各向异性。与单向轧制相比，换向轧制TC4合金板材的组织破碎更充分，没有明显的各向异性，板材在各方向上的力学性能差异减小，产品一致性更好。本专利技术采用两次换向轧制工艺，且在期间增加水淬环节，在板坯中生成针状且无序排列的马氏体α
’
相板条和少量的β相，可有效减弱板材的相变织构。在β相区淬火后，再次采用换向轧制，可有效减弱板材的轧制织构，更有利于晶粒细化，提升强度、塑性等力学性能。
[0018]进一步的，步骤二中，轧制用板坯的厚度H
×
宽度B
×
长度L为(100～130mm)
×
(600～700mm)
×
(800～1300mm)。板坯的尺寸并非绝对限制，根据轧制机等设备及对应工艺可以进行调整，本专利技术所选板坯尺寸能够相对获得更好的处理效果和节省成本，满足大多数应用场景。
[0019]进一步的，步骤三和/或步骤五中，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行至少1次交叉轧制，所述交叉轧制包括如下步骤：
[0020]S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
[0021]S2：旋转板坯90
°
，沿板坯长度方向单次轧制。
[0022]相对于本领域常采用多次交叉轧制的情况，本专利技术在步骤三和步骤五可仅进行1次交叉轧制，这是与本专利技术后续充分的处理工艺相配套的，充分利用了交叉轧制较大的变形量，但又节省了换向时间和成本。
[0023]进一步的，步骤四中，将步骤三所得板坯定宽剪切；水淬的水温不高于40℃。
[0024]进一步的，步骤六中，钢板包覆轧制包括如下步骤：
[0025]S6.1：将待包覆钛合金板进行600～750℃预氧化；
[0026]S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
[0027]S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包；
[0028]S6.4：利用50～100kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速
率300～500℃/min，加热温度820～880℃，保温时间t和轧制包厚度h满足：h
×
2min≤t≤h
×
3min；
[0029]S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到1～1.5mm钛合金半成品板材。
[0030]进一步的，轧制前，上层钢板和下层钢板的内侧表面粗糙度≤1.5μm，被叠放的钛合金板坯数量为2～8张，上层钢板和下层钢板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度1800～2200℃，时间5～8小时；步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，锻造温度1150～1200℃，总加热时间6～8小时，终锻温度不低于850℃；步骤三：将所得板坯在温度950℃～1050℃下加热2～4小时，换向轧制成12～15mm厚的板坯；步骤四：将步骤三所得板坯剪切，在温度1040
±
20℃下加热20～30分钟，水淬；步骤五：将板坯再加热到880～950℃，换向轧制至3.5～4.0mm；步骤六：钢板包覆轧制，得到1～1.5mm半成品板材；步骤七：将半成品板材在800～840℃进行热处理，碱酸洗扒道；步骤八：分步冷轧至0.6～0.8mm；步骤九：在800～840℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，轧制用板坯的厚度H
×
宽度B
×
长度L为(100～130mm)
×
(600～700mm)
×
(800～1300mm)。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三和/或步骤五中，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行至少1次交叉轧制，所述交叉轧制包括如下步骤：S1：沿板坯宽度方向单次轧制；S2：旋转板坯90
°
，沿板坯长度方向单次轧制。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤四中，将步骤三所得板坯定宽剪切；水淬的水温不高于40℃。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，步骤六中，钢板包覆轧制包括如下步骤：S6.1：将待包覆钛合金板进行600～750℃预氧化；S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包；S6.4：利用50～100kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率300～...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁秦峰，刘涛，梁必成，
申请(专利权)人：浙江申吉钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：